CN1190621C - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
包括分散配置在二元方向上的多个LED；一体覆盖所述多个LED的透明树脂层；通过配置在所述透明树脂层的内部、表面上或附近的光检测元件来检测所述LED的发光强度的光检测部；和根据所述光检测部的检测输出来控制所述LED的驱动的电源电路部。所述光检测元件的个数比所述LED少，所述光检测元件检测可在所述透明树脂层中传播的所述LED的发光强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备多个发光二极管(下面简称为LED)的照明装置。
背景技术
与作为现有照明用光源的白炽灯或卤素灯相比，具有高可靠性和长寿命特征的LED随着近年来发光效率的提高可用来代替这些光源。
从其发光原理而言，LED因为仅产生特定发光波长的光，所以，为了得到白色光，有必要如特开2000-208815号公报所述，将发出蓝光的LED与通过其发光而发出黄绿色光的荧光体组合，或如特开平11-163412号公报所述，组合红、蓝、绿等多个LED来使用。
但是，在使用荧光体的方法中，随着波长变换，必然产生效率低下，从效率方面看不是好的方法。另外，在该方法中，因为通过LED的发光波长和荧光体的发光波长的组合来唯一地确定发光颜色，所以不可能控制光颜色，即使在因荧光体恶化等使色调比初始阶段偏离的情况下，也不可能修正。并且，因为通过制造工序使荧光体膜厚或LED输出和发光波长中产生参差不齐，所以存在难以统一光颜色的问题。
相反，在使用发出多种发光颜色的LED的方式下，得到高的发光效率，也可对发光颜色进行调整。从另一方面而言，因为用不同的组分或材料来制作各色的LED，所以发光输出的温度依赖性或恶化速度不同，存在所谓因使用条件而改变色调的问题。
在特开平10-49074号公报中记载了一种在使用LED作为彩色显示装置的逆光用光源的方式中解决与上述相同问题的方法。即，使用用于检测各发光颜色的LED辉度级的光传感器，根据光传感器的检测值，进行调整各发光颜色的LED辉度级的控制，可得到一定的规定色调。
但是，该方法虽然容易适用于彩色显示装置这种使用较低级的光量的装置中，但不能直接适用于作为本发明对象的照明装置。照明装置使用比彩色显示装置多的LED，为了适当控制这些LED的驱动，得到反映来自多个LED的发光的检测输出的结构是必需的。
虽然在每个LED中设置光传感器可得到高的检测精度，但对于多个LED使用这种结构而言，装置的规模增大，成本变高，不实用。相反，在上述特开平10-49074号公报中，虽然记载了对各发光颜色共用一个光传感器的方法，但在分散配置照明用光源的多个LED的情况下，不考虑适于得到反映来自所有LED的发光的检测输出的结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种照明装置，通过少数光检测元件，检测反映来自多个LED发光的发光强度，根据该检测信号，控制各LED的驱动，从而即使在各LED的发光特性不同的条件下，也可得到规定的发光状态。
本发明的照明装置包括：分散配置在至少二元方向上的多个LED；一体覆盖所述多个LED的透明树脂层；通过配置在所述透明树脂层的内部、表面上或附近的光检测元件来检测所述LED的发光强度的光检测部；和根据所述光检测部的检测输出来控制所述LED的驱动的电源电路部。所述光检测元件的个数比所述LED少，所述光检测元件检测可在所述透明树脂层中传播的所述LED的发光强度。
根据该结构，因为在透明树脂层中传播由光检测元件来检测多个LED的发光，所以即使在使用多个LED的情况下，也可由少数的光检测元件来进行反映来自多个LED的发光的检测。因此，经过长时间后仍可连续保持发光输出稳定。
在上述结构中，所述LED裸芯片安装在衬底上，所述透明树脂层可设计构成为覆盖所述LED和所述衬底。
最好是，所述衬底的上面与所述透明树脂层的表面基本平行，当各LED相互的间隔最大值为d，所述透明树脂层的折射率为n时，所述透明树脂层的厚度h构成为满足下式条件。
h＞d/(2tan(arcsin(1/n))
由此，可防止来自一个LED的发光入射到其它LED中后被吸收，可提高光的输出效率，同时，可增大对光检测元件的入射光量。
另外，还具备设置在所述衬底表面部的凹部和设置在所述衬底表面上的金属膜，所述凹部的壁面变为倾斜面后，通过所述金属膜形成反射面，在所述凹部的底部安装多个所述LED，设置所述透明树脂层，以覆盖包含所述凹部的所述衬底。
在上述结构中，对多个发光颜色的每一个分别设置多个所述LED，所述光检测部通过所述光检测元件对各发光颜色检测所述LED的发光强度，所述控制电路根据来自所述光检测部的每个发光颜色的检测输出，控制所述LED的驱动，使每个发光颜色的所述LED的发光强度的平衡变为规定状态。
在该结构中，所述光检测部也可具备对于所述LED的每个发光颜色在对应的各发光颜色的发光峰值波长中光敏度一致的光检测器。由此，对于每个发光颜色，都可容易地检测出发光颜色彼此不同的LED的发光强度。
另外，对每个发光颜色用脉冲电压依次点亮所述LED，所述光检测部通过发光颜色数以下数量的所述光检测元件与所述点亮定时同步地进行光检测，从而可对多个发光颜色兼用所述光检测元件，进行光检测。根据该结构，使按例如红、绿、蓝顺序具有各种发光颜色的LED发光，以相同的定时监视来自光检测器的输出电压，从而可知各光颜色的输出比。通过控制LED的驱动，使该比变为设定的规定值，得到期望的色调，并得到一定的发光强度。
在该结构中，对各发光颜色同时点亮的所述LED彼此间的距离最好配置成比所述LED阵列中相邻的所述LED之间的距离大由于在LED发光期间产生热，同时，若加大发热的LED的配置间隔，可避免相互的热影响，可实现降低高密度安装元件时发生的热。
在所述透明树脂层表面上最好施加防反射膜涂层。在透明树脂层的表面上通过形成例如MgF2等防反射膜，可高效地向外部输出在树脂内部传播的光。
最好是一体封入所述透明树脂层的所述光检测元件和所述LED与所述电源电路部安装在同一衬底上。通过在同一衬底上安装光源部和控制光源部的电路部分，可实现照明装置的一体化、小型化、薄型化。
附图说明
图1是表示本发明照明装置的示意结构的框图。
图2A是表示实施例1的照明装置的LED光源部的平面部。
图2B是同一LED光源部的剖面图。
图3A是表示实施例2的照明装置的LED光源部的平面部。
图3B是同一LED光源部的剖面图。
图4A是表示实施例3的照明装置的LED光源部的平面部。
图4B是同一LED光源部的剖面图。
图4C是表示驱动该LED光源部的电源波形的波形图。
图5A是表示实施例4的照明装置的LED光源部的平面图。
图5B是表示驱动同一LED光源部的电源波形的波形图。
图6A是实施例5的照明装置的平面图。
图6B是同一装置的剖面图。
图7A是表示使用变更后的LED配置的LED光源部的一部分的平面图。
图7B是同一LED光源部的剖面图。
具体实施方式
下面用附图来说明本发明的实施例。
图1表示组合多个LED和光检测元件的本发明实施例的照明装置的基本系统。LED光源部1由并联的多个LED的发光面2和光检测部3构成。电源电路部4由控制电路5和驱动电路6构成。这些要素可在同一衬底上制作，另外，分别分离地设置在离开的位置上，通过布线进行连接。光检测部3作为光检测元件，用例如光电二极管构成。光检测部3检测发光面2的光输出，将检测输出输入控制电路5。控制电路5在发光面2的光输出比规定的设定值大的情况下，缩小驱动电路6的输出功率，结果，减少发光面2的发光输出。在发光面2的光输出比规定的设定值小的情况下，变为相反的操作。
由此，利用使用光电二极管等的光检测部3来检测来自LED的光输出，通过反馈控制驱动电路6的操作，即使在产生LED恶化或热特性不符的情况下，也可维持发光强度、或维持使用多个光颜色的LED时的发光强度比和产生规定的光颜色。
另外，通过进行上述控制，因为即使LED中存在发光颜色和发光强度的差，也可实现规定的光颜色，所以不必进行LED的筛选。
下面具体说明本发明的实施例。
(实施例1)
图2A表示本发明实施例1的LED光源部的平面部。图2B是同图的A-A’剖面图。在该LED光源部中，在衬底7上安装多个单色LED8和一个光检测元件9，由透明树脂层10覆盖，形成一体。因为光检测元件9检测透明树脂层10中传播的光，所以若对多个LED8配置一个光检测元件，就可适当地检测发光强度。
为了高效扩散放热LED8的发热，期望衬底7为金属制衬底，但也可是环氧树脂或其中包含氧化铝的合成衬底。在衬底7中形成凹部7a，各LED8裸芯片安装在凹部7a的底面部。通过向凹部7a的倾斜部和底面部施加金属电镀层11，可高效地向前放射LED8的发光。另外，通过在衬底7的上面全面施加金属电镀层11，还可向外部反射由透明树脂层10反射到内部的光，可提高LED8的发光向外部输出的效率。
作为透明树脂层10，期望使用丙烯树脂或热膨胀系数小的环氧树脂，特别是在产生LED8的发热多使树脂变质的问题的情况下，期望使用硅树脂。这些透明树脂层都可通过成型来具有透镜功能。另外，LED8除裸芯片安装外，还可在通常的炮弹型或面安装类型等形态下使用，并可由透明树脂层10覆盖。
如上所述，通过在同一透明树脂层10中连续封入多个LED8，所有LED8发出的光在树脂中传播，入射到光检测元件9中。因此，通过比LED8数量少的光检测元件9，可得到反映所有LED8的发光的检测输出。
为了充分发挥这种功能，期望适当设定透明树脂层10的厚度。例如，在衬底7的上面和透明树脂层10的表面基本平行的情况下，所述透明树脂层10的厚度h(参照图2B)设定成满足下式(1)的条件。在该式中，d为各LED8相互的间隔最大值(参照图2A)，n为透明树脂层10的折射率。
h＞d/(2tan(arcsin(1/n)) (1)
由此，可防止来自一个LED8的发光入射到其它LED8中后被吸收，可提高光的输出效率，同时，可增大对光检测元件9的入射光量。
另外，使用硅衬底作为衬底7，在安装裸芯片的LED8的同时，在硅衬底上可作为以例如激光二极管单元制作的光电二极管，作为光检测元件9。由此，可实现模块的小型化、结构的简单化、或组装工序和部件个数的减少引起的成本降低。
在本实施例中，通过安装在衬底7上，在平面上、即二元方向上分散配置多个LED8。虽然该形态得到薄型，作为照明装置最好，但本发明也可适用于此外的形态中。即，即使还包含三元方向配置多个LED，也可得到检测出在透明树脂层10中传播的光的效果。
上述结构作为使用单色LED8来构成一个发光颜色模块的实例。即，对多个颜色作成这种模块，组合后可构成白色光的照明装置。此时，通过向图1所示的控制电路5分别输入来自各模块的光检测元件9的输出来进行控制。
另外，在上述结构中可使用多个发光颜色的LED8。此时，也可进行后述
实施例3的控制。
(实施例2)
图3A表示本发明实施例2的LED光源部的平面部。图3B表示同图的B-B’的剖面图。在该LED光源部中，在衬底7中分别安装具有红、绿、蓝发光颜色的LED12-14，透明树脂层10覆盖这些LED。在透明树脂层10的端部上配置各颜色用的光检测元件15-17。
对各光检测元件15-17装配分别仅透过各颜色的LED12-14的发光波长区域的分光滤波器18-20，构成对应于各发光颜色的光检测器。由此，各光检测元件15-17在各颜色区域内测定在透明树脂层10中传播的光的波长强度分布。期望构成为分光滤波器18-20的特性在各发光颜色的发光峰值波长上光敏度一致。
通过控制电路来反馈控制LED12-14用的各驱动电路的操作，以将从各光检测元件15-17得到的各颜色的发光强度和发光强度比保持在规定的设定值。
光检测元件15-17最好如图2的光检测元件9那样埋入透明树脂层中。
(实施例3)
图4A表示本发明实施例3的照明装置的LED光源部的平面部。图4B是同图的C-C’剖面图。本实施例的LED照明装置构成为通过脉冲电压依次点亮各光颜色的LED，通过比发光颜色数量少的光检测元件来检测多种颜色的LED的发光强度。
如图4A、B所示，该LED光源部具有安装在衬底21上的分别具有红、绿、蓝发光颜色的LED22-24。LED22-24由透明树脂层10覆盖。透明树脂层10具有从衬底21的侧部到达背面部的光引导部10a。在衬底21的背面附近，面向光引导部10a的衬底21侧的端部，配置光检测元件25。来自LED22-24的发光在透明树脂层10中传播，经光引导部10a引导至光检测元件25。
LED22-24在因发光辨色不同的定时下发光。因此，光检测元件25可按照每个发光颜色的顺序来进行发光强度的检测，对三个发光颜色的LED总共设置一个光检测元件。
在透明树脂层10的表面上施加防反射涂层26。防反射涂层26的蒸发是容易机械地强稳定的，期望MgF2、TiO2、SiO2、CeO2、CeF3、ZnS、ZrO2等。通过将这些材料涂敷在透明树脂层10的表面上，可减少在内部传播的来自LED22-24的发光在与大气的界面上再向内部反射的比例。
图4C表示施加在LED22-24上的驱动用脉冲电压的定时图。脉冲电压27-29与时钟信号30同步输出，以依次点亮红(R)、绿(G)、蓝(B)的LED22-24。光检测元件25通过时钟信号30来复位检测值。因此，光检测元件25按时间系列得到的电压值的比表示LED22-24的各发光输出比。用控制电路反馈控制驱动LED22-24的电路的操作，以将该比保持在规定的设定值，使各颜色的LED22-24发光。
如上所述，当使用发光颜色不同的LED时，对每个发光颜色依次点亮，通过以相同定时检测发光强度并进行反馈控制，可以一个光电二极管来控制多个颜色的LED的驱动。
最好各发光颜色的发光周期尽可能地短，期望使用10ms以下的周期的脉冲电压。
(实施例4)
图5A表示本发明实施例4的LED光源部的平面图。在该LED光源部中，LED的驱动与实施例3同样进行。例如在LED阵列中，设定各LED的配置和各LED的发光定时，以同时点亮彼此间距离远的多个LED。
根据发光颜色，分别分成a系列、b系列、c系列来布线安装在衬底31上的LED32-34。因此，LED32-34在各个系列点亮。配置LED32-34，使同时点亮的各LED的彼此间距离大。存在使用的LED个数不一定使条件充足的情况，例如，设定同时发光的LED，使其只成为彼此不相邻的LED。换言之，对各发光颜色同时点亮的LED彼此间的距离期望比LED阵列中相邻的LED间的距离大。
如图5B所示，在LED32-34中按时钟信号38向a系列、b系列、c系列分别同步施加脉冲电压35、脉冲电压36、脉冲电压37，分别依次点亮。因此，同时点亮的LED仅为彼此距离远的同一系列的LED。由此，可使从LED产生的热的分布扩散，可缓和在聚集安装LED时的因温度上升引起的LED的元件寿命或发光效率下降。
(实施例5)
图6A表示本发明实施例5的照明装置的平面图。图6B表示同图的D-D’的剖面图。该照明装置具有组合多个在透明树脂层中安装多个LED的照明装置的结构。
如图6A所示，四个LED光源部39固定在照明器具40中。在照明器具40中配置光检测元件41、控制和驱动LED的电源电路42。各LED光源部39通过透明树脂层44与衬底45一体化构成LED43。LED光源部39可嵌入地装配在照明器具40中，或在向外取出时可自由装卸，因此可进行交换。配置光检测元件41，使面向嵌入的LED光源部39的透明树脂层44的端部，与上述实施例相同，可适当地检测来自各LED43的在透明树脂层44中传播的光。
如实施例2-4所述，各LED光源部39最好组合发光颜色不同的LED43来使用，或如实施例1所述，使用单个发光颜色LED43，组合不同发光颜色的LED光源部39可构成本实施例的照明装置。但与此对应，有必要适当选择光检测元件41和电源电路42的结构。
如本实施例所示，在衬底上安装多个LED，单元化由透明树脂层封入的LED，通过以同一平面状来点亮多个单元，可照明宽的面积。另外，通过单元化，在因元件不好等不点亮部分LED的情况下，也可容易交换该部分。因此，即使将来开发出效率高的LED，也可通过使用上述控制方式，不依赖于LED的大小、形状、驱动电压，用相同的驱动电路和控制电路来进行点亮。
如图7A、B所示，即使将图2A和图2B所示的安装一个LED8的结构置换为安装多个LED53的结构，也可得到与上述相同的效果。图7A表示LED光源部的一部分的平面图。图7B表示同图的E-E’的剖面图。这些图表示相当于图2A的一个凹部7a的部分。
在该LED光源部中，在设置在衬底51中的凹部52的底部裸芯片安装多个(图中为9个)LED53，通过透明树脂层54来覆盖，进行一体化。形成凹部52的壁面缓的倾斜部，通过向衬底51的表面上施加金属电镀55，可形成比凹部52的壁面大的反射板。虽然省略图示，但光检测元件可配置在透明树脂层54的内部、表面或附近。
因此，通过构造成在一个凹部52中安装多个LED53，可使具有指向性的LED光源大幅度薄型化。另外，在如此的结构中，由光检测元件检测在透明树脂层54内传播的发光的方法特别有利于提高检测精度。
也可分别在图3A和图3B所示的R、G、B各颜色的LED12、13、14中适用该结构。即，对于各颜色，可构成为在一个凹部52中安装多个LED。
Claims (10)
1.一种照明装置，其特征在于包括：分散配置在至少二元方向上的多个LED；一体覆盖所述多个LED的透明树脂层；通过配置在所述透明树脂层的内部、表面上或附近的光检测元件来检测所述LED的发光强度的光检测部；和根据所述光检测部的检测输出来控制所述LED的驱动的电源电路部，
所述光检测元件的个数比所述LED少，所述光检测元件检测在所述透明树脂层中传播来的所述LED的发光强度。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：所述LED裸芯片安装在衬底上，所述透明树脂层被设置成覆盖所述LED和所述衬底。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：所述衬底的上面与所述透明树脂层的表面基本平行，当各LED相互的间隔最大值为d，所述透明树脂层的折射率为n时，所述透明树脂层的厚度h满足下式条件
h＞d/(2tan(arcsin(1/n))。
4.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：还具备设置在所述衬底表面部的凹部和设置在所述衬底表面上的金属膜，所述凹部的壁面变为倾斜面后，通过所述金属膜形成反射面，在所述凹部的底部安装多个所述LED，设置所述透明树脂层，以覆盖包含所述凹部的所述衬底。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：对多个发光颜色的每一个分别设置多个所述LED，所述光检测部通过所述光检测元件对各发光颜色检测所述LED的发光强度，所述控制电路根据来自光检测部的每个发光颜色的检测输出，控制所述LED的驱动，使每个发光颜色的所述LED的发光强度的平衡变为规定状态。
6.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：所述光检测部具备对于所述LED的每个发光颜色在对应的各发光颜色的发光峰值波长中光敏度一致的光检测器。
7.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：对每个发光颜色用脉冲电压依次点亮所述LED，所述光检测部通过发光颜色数以下数量的所述光检测元件与所述点亮定时同步地进行光检测，从而对多个发光颜色兼用所述光检测元件，进行光检测。
8.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：对各发光颜色同时点亮的所述LED彼此间的距离最好配置成比所述LED阵列中相邻的所述LED之间的距离大。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：在所述透明树脂层表面上施加防反射膜涂层。
10.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：一体封入所述透明树脂层的所述光检测元件和所述LED与所述电源电路部安装在同一衬底上。
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